Взаимосвязь тепловых, гидравлических и геометрических параметров для пластинчатого теплообменника

Для выявления связи скорости движения рабочей среды с ос­новными параметрами проектируемого теплообменника проана­лизируем варианты сложных схем компоновок, при которых ка­налы могут быть соединены параллельно и последовательно, т. е. при соединении спиральных элементов в блоки; при слож­ных схемах соединения пластинчато-ребристых теплообменни­ков, а также в большинстве случаев компоновки разборных и полуразборпых пластинчатых теплообменников.

Именно для таких сложных компоновок требуется предвари­тельно рассчитать рациональную скорость каждой рабочей сре­ды, чтобы достаточно точно уложиться в заданный располагае­мый напор.

Для вывода такого расчетного уравнения рассмотрим много — пакетный (многоходовый) пластинчатый теплообменник.

Гидравлическое сопротивление многопакетного пластинчато­го теплообменного аппарата при одинаковом числе каналов во всех пакетах может быть выражено уравнением (30):

Д р = |ід_

d э 2

где I — коэффициент общего гидравлического сопротивления единицы относительной длины межпластинного ка­нала;

Ln и d) — приведенная длина и эквивалентный диаметр одного межпластинного канала;

р — плотность рабочей среды;

w — скорость рабочей среды в межпластинном канале;

X — число последовательно включенных каналов или чи­сло пакетов в секции для данной рабочей среды.

Если обозначим:

«а — общее ЧИСЛО ПЛЭСТИН В СЄКЦИИ (аппарате) II nil — число

каналов в пакете для данной рабочей среды, то можно написать

*1 = -7^- (150)

2т і

Скорость потока в каналах между пластинами по уравнению неразрывности потока

= (151)

bvnii

где V — объемная производительность аппарата в м3/с; b — ши­рина потока в канале в м; 6 — зазор между пластинами в м; fі —площадь поперечного сечения канала в м2.

Из уравнения (151) следует, что

TOC o "1-5" h z т, = -£- (152)

bow

Подставляя это значение т, в выражение (150) для паке­тов, получим

X п*Ь6щ (153)

Подставляя полученное выражение в уравнение гидравличе­ского сопротивления (30), получим

АР = I -Ь — J^L. (154)

d3 2 2V, 1 ‘

Для дальнейшего изложения используем понятие приведен­ной высоты пластины Ln. Приведенной высотой пластины с гоф­рированной поверхностью назовем высоту плоской пластины с той же шириной и той же рабочей поверхностью.

Приведенная высота профильной пластины может быть оп­ределена как

a.=4s (155>

о

где F — рабочая поверхность теплообмена одной пластины в м2; b — ширина рабочей части пластины в м.

Поверхность теплообмена секции

Fa = naFl = naLnb. (156)

Так как йэи = 26, то, подставив значение L„ из уравнения (156) и da в уравнение (154), получим

Тепловая производительность аппарата (секции) связана с его поверхностью теплопередачи уравнением

F, /уг, (158)

Ui Оі JCT)

где Q = і pi Ci (t’x — /") — количество теплоты, передаваемой в аппарате (секции) в единицу времени, в Вт; сц — коэффици­ент теплопередачи данной рабочей среды, в Вт/(м2-°С); t = *; + и

= —-— —средняя температура рабочей среды в °С; и /, —

начальная и конечная температура рабочей среды в °С; /(.т — средняя температура теплопередающей стенки в °С; С — тепло­емкость данной рабочей среды в Дж/(кг • °С).

Тогда

Fa= VipiM*i_-*i) _ (159^

U1 (^1 ^ст)

Подставив выражение (159) в формулу (157), получим для первой рабочей среды

(160)

8u,

Полученная формула устанавливает взаимосвязь между теп­ловыми параметрами процесса (сц, tu tCTi t и t гидравли­ческими характеристиками каналов ($ь АР і) и скоростью про­текания рабочей среды в каналах (ац).

Уравнению (160) можно придать следующий критериальный вид, поделив левую и правую части на АР і и умножив правую Lud3 .

часть на

Lnd3

| t ^1 Pl^l^l (^ 1 ) d3 (161)

2dl 2АР, * a, (7t —?ст) 2Ln ‘

Выражение справа представляет собой произведение следую­щих критериев и симплексов, имеющих определенный физиче­ский смысл:

^ £u —критерий Эйлера для одного пакета;

2d э

р1с

——- = Fr — отношение удельной кинетической энергии потока 2АР] v 1

к запасу потенциальной энергии жидкости при вхо­де ее в аппарат или критерий Фруда для условий движения жидкости в аппарате;

Р|ЄіШ| _ Ре

— Т”—величина, характеризующая отношение удельного

Обі Nu

теплосодержания потока к интенсивности теплоот­дачи; здесь Ре = Re • Рг;

=—————— = — = 1 — симплекс геометрического подобия, выражающий

2 Ln 2 Ln Ln

степень тонкослойности потока.

(162)

В итоге взаимосвязь гидравлических, тепловых и геометри­ческих параметров теплообменного аппарата, имеющего слож­ную схему компоновки каналов, может быть выражена следую­щим уравнением, связывающим известные в теории теплообме­на критерии;

Eu-Fr — —S-Г = 1.

Nu

Для построения рационального метода расчета теплообмен­ников целесообразно уравнение (160) решить относительно ско­рости

(163)

Соответственно для второй рабочей среды это уравнение име­ет вид

(164)

Пользуясь формулами (163), (164), можно в самом начале теплового расчета вычислить рациональную скорость потока каждой рабочей среды, которая в дальнейшем обеспечит соот­ветствие заданного располагаемого напора фактическому.

Эти уравнения позволяют предложить метод расчета, позво­ляющий из бесчисленного множества возможных параллельно­последовательны х компоновок однозначно выделить рациональ­ный вариант, не прибегая к обычно применяемому в подобных случаях методу последовательных приближений.

Проектный расчет теплообменного аппарата производится по этапам в следующем порядке:

составление уравнения теплового баланса аппарата и опре­деление недостающих температур;

определение расчетного температурного напора между рабо­чими средами;

определение рациональной величины скорости движения сред в каналах;

определение коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи;

расчет требуемой поверхности теплопередачи;

уточнение значений требуемого напора и других параметров после расчета схемы компоновки аппарата.

Примеры комплексного теплогидромеханического проектного расчета пластинчатых теплообменных аппаратов рациональным методом, в котором использованы уравнения (163) и (164), при­ведены ниже.

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.

recuperatio.ru